Solution of the Linear Boundary–Value Problem without Initial Conditions for the Second Order Hyperbolic Equation
DOI:
https://doi.org/10.20535/1810-0546.2014.4.28407Keywords:
Boundary-value problem without initial conditions, The second order hyperbolic equation, Solution, OperatorAbstract
This paper studies boundary-value problem without initial conditions for the linear non-homogeneous second-order hyperbolic equation appearance \[u_{tt}-a^{2}u_{xx}=f(x,t),0\leq x\leq \pi ,0\leq t\leq T, u(0,t)=u(\pi ,t)=0, 0\leq t\leq T.\] Using the methods of the theory of differential equations in partial derivatives and methods of the theory of integral equations, for arbitrary functions \[\mu (z)\in C^{1}(\mathbf{R})\] the exact solution of the indicated problem is constructed as \[u(x,t)=u^{0}(x,t)+\tilde{u}(x,t),\] where \[u^{0}(x,t)= \frac{1}{2a}\int_{at-x}^{at+x}\mu (\alpha )d\alpha\] – the solution of the homogeneous equation and \[\tilde{u}(x,t)= \frac{1}{2a}\int_{0}^{t}d\tau \int_{x-a(t-\tau )}^{x+a(t-\tau)} f(\xi ,\tau )d\xi\] – a particular solution of the non-homogeneous equation. New existence conditions of the indicated problem are established. The classes of functions \[B_{0}^{-} =\left \{ \mu :\mu (z) =-\mu (-z)=\mu (\pi -z)\right \}, B^{-}=\left \{ f:f(x,t)=f(\pi -x,t) =-f(-x,t)\right \},\] in which there is a classical solution of the linear boundary-value problem without initial conditions for the second order hyperbolic equations are discriminated. Based on the results operator A, which translates the class of functions \[B^{-}=\left \{ f:f(x,t)=f(\pi -x,t) =-f(-x,t)\right \}\] in itself was built. This allows using it in the construction of approximate computations of the solution of boundary-value problems for the quasi-linear hyperbolic equations. The results are beginning of the boundary-value problems study without initial conditions for the second order hyperbolic equations in form \[u_{tt}-a^{2}u_{xx}=f(x,t,u_{t},u_{x}).\] The proposed method of construction of the solution can be applied also to solve the semi-linear boundary-value problems.
References
Митропольский Ю.А., Хома-Могильська С.Г. Умови існування розв’язків крайової періодичної задачі для неоднорідного лінійного гіперболічного рівняння другого порядку. I // Укр. мат. журн. – 2005. – 57, № 7. – С. 912–921.
Митропольский Ю.А., Хома Г.П., Хома-Могильська С.Г. Розв’язки крайової періодичної задачі для неоднорідного лінійного гіперболічного рівняння другого порядку // Доп. НАН України. – 2008. – № 7. – С. 30–36.
Самойленко А.М.,Хома-Могильська С.Г. Аналітичний метод відшукання 2π-періодичних розв’язків гіперболічних рівнянь другого порядку // Доп. НАН України. – 2010. – № 4. – С. 25–29.
Самойленко А.М.,Хома Н.Г.,Хома-Могильська С.Г. Окремий випадок існування 2π-періодичних розв’язків крайових задач для гіперболічного рівняння другого порядку // Доп. НАН України. – 2012. – № 2. – С. 35–41.
P. Rabinowitz, “Periodic solutions of hyperbolic partial differential equations,” Comm. Pure Appl. Math, vol. 20, no. 1, pp. 145–205, 1967.
Пташник Б.И. Некорректные граничные задачи для дифференциальных уравнений с частными производными. – К.: Наук. думка, 1984. – 264 с.
Нелокальні крайові задачі для рівнянь із частинними похідними / Б.Й. Пташник, В.С. Ільків, І.Я. Кміть, В.М. Поліщук. – К.: Наук. думка, 2002. – 416 с.
Бойчук А.А., Коростиль И.А., Фечкан М. Условия бифуркации решения абстрактного волнового уравнения // Дифференциальные уравнения. – 2007. – 43, № 4. – С. 481–487.
Кирилич В.М., Мишкіс А.Д. Крайова задача без початкових умов для лінійної одномірної системи рівнянь гіперболічного типу // Доп. АН УРСР. – 1991. – Сер. А, № 5. – С. 8–10.
Кирилич В.М., Мышкис А.Д. Краевая задача без начальных условий для линейной одномерной системы уравнений гиперболического типа // Дифференциальные уравнения. – 1992. – 28, № 3. – С. 463–469.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2017 NTUU KPI Authors who publish with this journal agree to the following terms:- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under CC BY 4.0 that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work